Aine aatomid on pidevas liikumises, mistõttu võivad vedelikud ja gaasid seguneda. Tahketel ainetel on ka liikuvad elementaarosakesed, kuid neil on jäigem kristallvõre. Ja veel, kui kaks tahket keha tuuakse lähemale aatomijõudude vastastikmõju kaugusele, siis kokkupuutepunktis tungivad ühe aine osakesed teise ja vastupidi. Sellist vastastikust ainete läbitungimist nimetati difusiooniks ja selle efekt oli aluseks ühele metallide liitmismeetodile. Seda nimetataksegi – metallide difusioonkeevitus.
Mida saab ühendada difusioonkeevitusega
Difusioonkeevitamisel vaakumis on tohutud tehnoloogilised võimalused. Sellega saate ühendada:
- Homogeense ja ebahomogeense struktuuriga metallid, samuti nende sulamid. Tulekindlad metallained, nagu tantaal, nioobium ja volfram.
- Mittemetallilised ained metallidega: grafiit terasega, vask klaasiga.
- Metallil, keraamikal, kvartsil, ferriidil, klaasil, pooljuhtstruktuuridel (homogeensed ja ebahomogeensed), grafiidil ja safiiril põhinevad ehitusmaterjalid.
- Komposiitmaterjalid, poorsed, säilitades oma omadused ja tekstuuri.
- Polümeerained.
Seoses toorikute konfiguratsiooni ja suurusega – need võivad olla erinevad. Olenev alt töökambri suurusest on võimalik töötada detailidega alates mõnest mikronist (pooljuhtelemendid) kuni mitme meetrini (keerulised kihilised struktuurid).
Kuidas difusioonijaam töötab
Difusioonkeevituse kompleks sisaldab järgmisi põhielemente:
- Töökamber. See on valmistatud metallist ja selle eesmärk on piirata töökeskkonda, milles vaakum tekib.
- Stand – poleeritud alus. Sellel toetub töökamber, mida mööda see saab liikuda.
- Vakumtihendaja. See on vahetükk kaamera ja aluse vahel.
- Rullmehhanism ja kinnituskruvi. Nende abiga liigutatakse kaamerat mööda siine ja kinnitatakse alusele.
- Vakuumpump. Loob tööpiirkonnas vaakumi.
- Induktiivpooliga generaator. Need toimivad keevitatavate osade küttesüsteemina.
- Kuumakindlad augud, hüdrosilindrid ja õlipump kujutavad endast mehhanismi osade kokkusurumiseks etteantud rõhu all.
Sõltuv alt modifikatsioonist võivad difusioonkeevituspaigaldised kambrite kuju ja meetodi poolest erinedanende pitseerimine. Erinevad on ka osade soojendamise meetodid. Kasutada saab kiirgussoojendeid, kõrge voolugeneraatoreid, hõõglahendusseadmeid, elektronkiirkütteseadmeid.
Difusiooniprotsessid keevitamise ajal
Kui võtta poleeritud metallplaadid, ühendada need ja panna need koormuse alla, siis mõnekümne aasta pärast on metallide vastastikuse üksteisesse tungimise efekt märgatav. Pealegi on läbitungimissügavus millimeetri piires. Asi on selles, et difusioonikiirus sõltub ühendatavate materjalide temperatuurist, ainete elementaarosakeste vahelisest kaugusest, aga ka kontaktpindade olekust (reostuse ja oksüdatsiooni puudumine). Seetõttu on selle loomulik protsess nii aeglane.
Tööstuses kiirendatakse ühendi kiireks saamiseks difusiooniprotsessi, võttes arvesse kõiki neid tingimusi. Töökambris:
- Looge vaakum jääkrõhu tasemega kuni 10-5 mm Hg või täitke keskkond inertgaasiga. Seega ei puutu osad kokku hapnikuga, mis on mis tahes metalli oksüdeeriv aine.
- Materjalid kuumutatakse temperatuuril 50-70% töödeldavate detailide sulamistemperatuurist. Seda tehakse osade plastilisuse suurendamiseks nende elementaarosakeste liikuvama oleku tõttu.
- Toorikud on allutatud mehaanilisele survele vahemikus 0,30-10,00 kg/mm2, mis toob aatomitevahelised kaugused lähemale suurustele, mis võimaldavad luua ühiseid sidemeid jatungivad vastastikku lähedalasuvatesse kihtidesse.
Nõuded materjalide ettevalmistamisele
Enne keevitatavate elementide toorikute asetamist difusiooniseadmesse töödeldakse neid eeltöötlusega. Toorikute kokkupuutuvate osade töötlemise põhieesmärk on siledamate, ühtlasemate ja ühtlasemate pindade saamine, samuti nähtamatute õliste moodustiste ja mustuse eemaldamine vuugipiirkonnast. Toorikute töötlemine toimub:
- keemiline;
- mehaaniline;
- elektrolüütiline.
Oksiidkiled reeglina difusiooniprotsessi ei mõjuta, kuna need hävivad vaakumkeskkonnas kuumutamisel ise.
Kui difusioonkeevitus ei ole piisav alt efektiivne ebavõrdse soojuspaisumisteguriga ainete vahel või tekib rabe õmblus, kasutatakse nn puhverpatju. Need võivad toimida erinevate metallide fooliumina. Niisiis kasutatakse kvartstooriku difusioonkeevitamisel vaskfooliumi.
Saadud ühendite omadused
Erinev alt traditsioonilistest sulakeevitusmeetoditest, kus mitteväärismetallile lisatakse õmbluses täiendavat metalli, võimaldab difusioonkeevitus saavutada ühtlase õmbluse ilma suuremate muudatusteta liite füüsikalises ja mehaanilises koostises. Valmis vuugil on järgmised omadused:
- pideva õmbluse olemasolu ilma pooride ja kestadeta;
- ühendis pole oksiidi;
- mehaaniline stabiilsusomadused.
Tulenev alt asjaolust, et difusioon on loomulik protsess ühe aine tungimisel teise, ei ole materjalide kristallvõre kontakttsoonis häiritud ja seetõttu puudub ka õmbluse haprus.
Titaanist osade ühendamine
Titaani ja selle sulamite difusioonkeevitust iseloomustab kõrge majandusliku efektiivsusega kõrgekvaliteedilise liite saamine. Seda kasutatakse laialdaselt meditsiinis proteesiosade valmistamisel, aga ka muudes valdkondades.
Osasid kuumutatakse temperatuurini, mis on 50–100º madalam kui temperatuur, mille juures toimub polümorfne muundumine. Samal ajal avaldatakse materjalidele kerget survet 0,05–0,15 kgf/mm².
Titaanisulami keemiline koostis ei mõjuta sellisel keevitusviisil elementide ühenduse tugevust.
Meetodi eelised
Kui difusioonkeevitus on võimalik:
- ühendage homogeensed ja heterogeensed tahked ained;
- vältida osade deformeerumist;
- ärge kasutage kulumaterjale joote- ja räbusti kujul;
- vastu võtta jäätmeteta tootmine;
- ärge kasutage keerulisi sissepuhke- ja väljatõmbeventilatsioonisüsteeme, kuna protsessi käigus ei teki kahjulikke aure;
- vastu võtta mis tahes kontaktiühendustsooni ala, mida piirab ainult varustusvõimalus;
- tagage usaldusväärne elektrikontakt.
Sellele lisandub valmisosa suurepärane esteetiline välimus,mis ei nõua täiendavate töötlemistoimingute rakendamist, nagu näiteks keeviskivi eemaldamine.
Tehnoloogilised vead
Difusioonkeevitus on keeruline tehnoloogiline protsess, selle peamised puudused on järgmised:
- peab kasutama spetsiifilisi kalleid seadmeid;
- vajadus tootmispinnale, paigaldusel on märkimisväärsed mõõtmed;
- nõue omada eriteadmisi, oskusi ja arusaamist tööprotsessist;
- toorikute hoolikale eeltöötlemisele kulutatud aeg;
- hoia tolmuimeja võimalikult puhas, vastasel juhul võib nähtamatu tolm keevitatud osadele settida ja põhjustada vuukide defekte;
- raskused õmbluse kvaliteedi kontrollimisel ilma seda hävitamata.
Seda kõike, aga ka vaakumpaigaldiste kasutamise eripärasid arvestades on difusioonkeevitus nõutud ainult ettevõtete tingimustes, mitte erakasutuseks.
Tööstuslikud difusioonkeevitusseadmed
Difusioonkeevituseks mõeldud tööstusseadmeid on mitut tüüpi. Peamiselt erinevad need üksteisest keevitatavate materjalide eripära ja erinevate süsteemide kasutamise poolest osade soojendamiseks.
Paigaldustüüp MDVS on ette nähtud elastsete vasest siinide, vasest ja kerriidist valmistatud kõrgepingelülitite kontaktgruppide, puurkaevpumpade gaasitõsteventiilide osade tootmiseks roostevabast terasest ja kõvametallisulamitest. Süsteem rakendab elektrilise kontakti kuumutamise efekti.
Keevituskompleksi tüüp UDVM-201. Teostab erinevate klasside klaasist materjalide ühendamise difusioonkeevitusega. Tööpinna kuumutamine toimub kiirguskiirguse meetodil.
Keevitusseadmed USDV-630. Induktsioonkuumutuse paigaldamine titaanil ja vasel põhinevate komposiitmaterjalide keevitamiseks. Sellised süsteemid võimaldavad soojendada suuri osi.
MDVS-302 masin difusioonkeevitamiseks, kasutades osade kõrgsageduslikku kuumutamist. Seda iseloomustab väikese suurusega generaatori olemasolu transistoriahelas.
